大地電磁測(cè)深法環(huán)境噪聲抑制研究及其應(yīng)用探討

中石化石油工程地球物理有限公司江漢分公司 湖北 潛江 433100

引言

城鎮(zhèn)、輸電線、廠礦等不同類型的電磁干擾源在時(shí)間序列數(shù)據(jù)中留下的干擾痕跡和特征不盡相同。在電磁干擾區(qū)域開展大地電磁測(cè)深工作時(shí)，通過(guò)對(duì)電道、磁道信號(hào)的監(jiān)測(cè)能夠一定程度上對(duì)干擾源的類型進(jìn)行推測(cè)，對(duì)比不同方向的采集信號(hào)變化規(guī)律、相鄰測(cè)站的采集信號(hào)特征可以初步對(duì)干擾源的性質(zhì)和方向進(jìn)行判斷。

一、大地電磁場(chǎng)特征

大地電磁測(cè)深觀測(cè)的天然交變電場(chǎng)來(lái)自宇宙的電磁場(chǎng)、高空雷電等電磁場(chǎng)源。各種來(lái)源的交變電場(chǎng)相互疊加補(bǔ)充從而具備寬廣的頻率范圍，最終經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的傳播在地表垂直入射。在電磁波垂直入射的過(guò)程中，不同深度的信號(hào)一部分被不同電阻率的電性結(jié)構(gòu)吸收衰減，一部分反射至地表成為大地電磁測(cè)深觀測(cè)的電信號(hào)。分別測(cè)量地表的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，可以對(duì)地下地質(zhì)體的電性特征及展布進(jìn)行研究。此外，隨著時(shí)間和空間的不同，天然交變電磁場(chǎng)的信號(hào)也存在一定的差異，需要對(duì)所在區(qū)域的電磁場(chǎng)信號(hào)規(guī)律進(jìn)行具體而分析。

二、大地電磁測(cè)深法中的噪聲干擾

天然交變電磁場(chǎng)由于其場(chǎng)源距離非常遠(yuǎn)，信號(hào)強(qiáng)度較弱。在實(shí)際生產(chǎn)中，較易受到周邊環(huán)境電磁場(chǎng)的疊加影響，變得不完全滿足垂直入射的理論計(jì)算條件，從而在所計(jì)算的電阻率曲線上產(chǎn)生畸變。

大地電磁測(cè)探法在具體應(yīng)用的過(guò)程當(dāng)中，常常會(huì)受到周圍環(huán)境的噪聲影響，一般意義上的噪聲分為主動(dòng)性和被動(dòng)型兩種。主動(dòng)型噪聲主要來(lái)自于人類生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的局部電磁場(chǎng)，在計(jì)算視電阻率曲線上表現(xiàn)為隨機(jī)的扭曲、分散或者虛假性異常。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，此類噪聲的強(qiáng)度和影響范圍不斷擴(kuò)大，成為影響大地電磁數(shù)據(jù)采集的最大因素。被動(dòng)型噪聲也稱地質(zhì)噪聲，淺層的局部地質(zhì)體使得淺層電性結(jié)構(gòu)不均勻，其最大的表現(xiàn)是高頻數(shù)據(jù)的局部畸變和靜位移效應(yīng)。

無(wú)論是主動(dòng)型干擾還是被動(dòng)性干擾的產(chǎn)生因素都非常的多。尤其是在工業(yè)城鎮(zhèn)或者是礦山的附近，電氣設(shè)備經(jīng)常會(huì)存在著接地或者漏電的現(xiàn)象，在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的游散電流，會(huì)對(duì)大地電磁測(cè)深法產(chǎn)生非常嚴(yán)重的干擾，比如近場(chǎng)干擾。

三、視電阻率、阻抗相位離差視電阻率

電磁干擾對(duì)視電阻率數(shù)據(jù)的影響主要包括飛點(diǎn)、離散、扭曲等，其影響程度隨干擾電磁場(chǎng)強(qiáng)度和對(duì)全時(shí)間序列數(shù)據(jù)的覆蓋率的增加而增大，其中子功率譜數(shù)據(jù)的離散是最常見(jiàn)的干擾現(xiàn)象。前人在干擾數(shù)據(jù)的處理方面做了大量工作，對(duì)不同類型的電磁場(chǎng)干擾都起到了一定作用，但由于應(yīng)用范圍窄、在實(shí)際生產(chǎn)中難以推廣。對(duì)大地電磁數(shù)據(jù)視電阻率和相位子功率譜的疊加分布特征進(jìn)行分析，并在后續(xù)對(duì)其權(quán)系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可以一定程度上完成對(duì)干擾數(shù)據(jù)的去除。數(shù)據(jù)之間離差的大小，在一定程度上會(huì)和電阻率有著密切的關(guān)系，兩者之間存在著不相等的關(guān)系。通過(guò)了解各要素的具體影響力度，在一定程度上可以對(duì)要素進(jìn)行合理的分配。

四、噪聲分布規(guī)律及特點(diǎn)

(一)電磁干擾的頻率特征。大地電磁采集系統(tǒng)在應(yīng)用的過(guò)程當(dāng)中，需要考慮到具體的應(yīng)用場(chǎng)景，考慮到工業(yè)干擾方面所存在的問(wèn)題，及時(shí)的對(duì)采集到的含噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行針對(duì)性處理，在設(shè)置頻率的過(guò)程當(dāng)中避開諧波頻率。

在一些情況下，信號(hào)零點(diǎn)不能夠達(dá)到理想狀態(tài)，在實(shí)際工作中電磁干擾會(huì)出現(xiàn)頻率范圍內(nèi)的漂移，這些都會(huì)在時(shí)間序列信號(hào)中存在較為明顯的痕跡。無(wú)論是對(duì)是電阻率阻抗相位離散程度進(jìn)行分析，還是對(duì)全信息矢量相干度進(jìn)行分析，都需要充分的了解本區(qū)域的疊加電磁場(chǎng)特征。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析，采取合理的手段對(duì)固定頻帶的噪聲針對(duì)性處理，在一定程度上能夠減弱的干擾對(duì)數(shù)據(jù)的影響。

(二)電干擾與磁干擾。電信號(hào)和磁信號(hào)在一定程度上密切相關(guān)，很難用單一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)干擾源性質(zhì)進(jìn)行明確的劃分。

在分析干擾源的干擾程度時(shí)，可以了解不同頻段電磁場(chǎng)的信噪比，合理的設(shè)計(jì)電偶極源和磁偶極源，根據(jù)麥克斯韋方程組做進(jìn)一步的分析理論基礎(chǔ)。電偶極源所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，在一定程度上通過(guò)麥克斯韋方程能夠進(jìn)行大致的描述，可以對(duì)兩者之間的邊界進(jìn)行明確。深入的研究可控源音頻，加強(qiáng)理論上的指導(dǎo)，充分的了解體分布特征，這些研究對(duì)于本篇文章所討論的問(wèn)題是非常有意義的。在分析可控源電磁場(chǎng)的過(guò)程當(dāng)中，需要明確干擾源，了解周圍的廠區(qū)，對(duì)偶極源的電磁場(chǎng)進(jìn)行分析。電偶極源整體的幅值會(huì)比較大，和大地電阻率呈現(xiàn)出了正比的關(guān)系，電阻率和磁偶極源磁場(chǎng)整體的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出了反比的關(guān)系。通過(guò)對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行深入的分析了解，磁場(chǎng)和電阻率之間的關(guān)系，可以及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)調(diào)整。兩種不同的電場(chǎng)互相會(huì)形成干擾，通過(guò)調(diào)整干擾關(guān)系，在一定程度上能夠提升采集效果。

圖1 電道干擾點(diǎn)遠(yuǎn)參前后子功率譜對(duì)比圖

圖2 磁道干擾點(diǎn)遠(yuǎn)參前后子功率譜對(duì)比圖

圖1及圖2分別為受電場(chǎng)和磁場(chǎng)干擾測(cè)點(diǎn)在遠(yuǎn)參考處理前后子功率譜的分布。經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)參考處理，無(wú)論電道干擾點(diǎn)還是磁道干擾電的中頻的子功率譜離散度均有明顯的下降。相比而言，遠(yuǎn)參考處理之前電場(chǎng)干擾測(cè)點(diǎn)的離散程度較高，最終處理效果更勝一籌。

磁場(chǎng)會(huì)比電場(chǎng)衰弱的慢，兩種不同結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)在影響當(dāng)中能夠有效的對(duì)關(guān)系進(jìn)行調(diào)整。實(shí)際測(cè)量工作在整體開展的過(guò)程當(dāng)中，需要對(duì)電磁場(chǎng)的信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，分析干擾源的來(lái)源和程度。磁信號(hào)會(huì)受到噪聲的污染，實(shí)際工作在這里開展的過(guò)程當(dāng)中，需要進(jìn)一步的對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行分析，將電場(chǎng)作為參考的主要信號(hào)，站在不同的角度對(duì)阻抗張量進(jìn)行估計(jì)。在選擇參考信號(hào)的時(shí)候最好是應(yīng)用電場(chǎng)，這對(duì)于后續(xù)的研究和發(fā)展來(lái)說(shuō)都具有重要的推動(dòng)意義。

結(jié)束語(yǔ)

大地電磁信號(hào)在具體應(yīng)用的過(guò)程當(dāng)中，可以有效的產(chǎn)生激電效應(yīng)，在國(guó)外也有許多的學(xué)者對(duì)天然電磁場(chǎng)進(jìn)行分析，進(jìn)一步的了解地下介質(zhì)激電效應(yīng)。在激電效應(yīng)影響之下，磁場(chǎng)的電阻率會(huì)有所增高，相位會(huì)大幅度的降低，實(shí)際工作在這里開展的過(guò)程當(dāng)中，空間介質(zhì)是可極化的。在分析視電阻率曲線時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)整體的變化呈現(xiàn)出了獨(dú)特的曲線。隨著對(duì)可極化體的寬度和厚度都有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，在一定程度上可以縮小研究的誤差。通過(guò)對(duì)大地電磁測(cè)探進(jìn)行研究，可以深入的了解激電效應(yīng)所存在的干擾，從而可以采取具有針對(duì)性的措施消除它，這是一個(gè)非常值得研究的課題。